[0001] 本发明涉及一种堤坝獾洞探测系统及方法，属于工程隐患探测的技术领域。

[0002] 獾是穴居动物，且极善于挖洞，常见种类有狗獾和猪獾。獾喜在灌木杂草丛生,人迹罕至的坡地挖洞掏穴,特点为一穴多洞,洞藏深、洞道长、洞径较大，内部分层、错综复杂。有的獾洞巢穴系统非常庞大，可达50‑100个洞口且地下有长达数百米的隧道。当獾在堤坝挖洞筑穴时，将严重掏空堤身、削弱堤身断面，极易诱发渗透、跌窝等险情,甚至会造成垮坝、崩堤等事故,给堤防、水库大坝等水利工程的安全运行带来风险隐患，其危害具有很强的隐蔽性、反复性和长期性。国家高度重视水利工程害堤动物防治工作,水利部编制了《水利工程白蚁等害堤动物防治工作实施方案(2024‑2030年)》,要求不断强化害堤动物危害检查,科学规范做好危害治理，健全完善监测设施，牢牢守住水利工程安全底线。獾是主要害堤动物类型之一，但同时又是国家二级保护动物，目前对水利工程的獾害治理不能采取灭杀，只能采取驱离后灌浆回填、封堵巢穴的方法。如何精准探测獾洞巢穴分布和内部构造，对于指导堤坝工程后期消险进行精准设计和施工，以及采取针对性的獾害预防措施，确保堤坝工程安全运行、发挥防洪保障作用具有重要意义。

[0003] 目前堤坝獾洞探测多采用机器人探测或者采用探地雷达方式在地表扫侧查找地下空洞处。目前已有的探测机器人体型较大，可能无法进入獾洞或出现卡在洞内无法行进，甚至对獾洞结构造成破坏、洞身局部坍塌堵塞通道而影响后续探测。探地雷达技术无法将獾洞纵横交错的支道分布很好的展现出来。

[0004] 综上所述，现有的獾洞探测技术和设备还存在一定的不足。为此，研制一种用于堤坝獾洞的探测系统，系统中的探测设备体型小、可定位测量、行进灵活，适用于狭窄獾洞探测且可以得到獾洞三维空间及位置分布图。

[0021] 下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

[0022] 本堤坝獾洞探测系统，包括探测小车1、线缆10及地面操作系统。

[0023] 探测小车1通过线缆10与地面操作系统连接。

[0024] 线缆10外侧有长度标识，根据长度标识得到探测小车1进洞后行径距离。

[0025] 地面操作系统包括笔记本电脑和操控手柄。笔记本电脑接收探测小车采集的各项数据并进行处理成图。操作人员根据探测小车上摄像头实时传输的洞内情况，通过操控手柄对探测小车进行运动操控。

[0026] 结合附图1‑2可见，探测小车包括集成模块和运动模块，运动模块包括四个万向轮和可升降履带。在地势较为平坦处采用四个车轮6（车轮6通常选用万向轮）行径，当洞内坡度较大，小车无法攀爬时，下降可升降履带7方便探测小车爬坡。

[0027] 集成模块为圆柱体，契合圆柱形獾洞，防止探测机器人在洞内被卡住。集成模块包括蓄电池、2个摄像头、2个照明灯、GNSS天线2、陀螺仪、加速度计、测深仪、三维激光扫描仪3。

[0028] 集成模块的前摄像头5和前照明灯4布置于探测小车1的前方，后照明灯8和后摄像头9布置于探测小车的后方，由于狗獾洞内较为狭窄，探测小车无法进行掉头操作，前后均布置摄像头和照明灯将保证小车前后视野内足够明亮，便于地面操作系统对小车前后运动进行操控。

[0029] 集成模块的GNSS天线2、陀螺仪、加速度计、测深仪采集的数据通过线缆传输至地面操作系统中实时绘制初始獾洞三维空间分布图；三维激光扫描仪用于扫测獾洞内部三维模型。

[0030] 当探测小车行进至獾洞最深处时，将此时线缆长度数据输入地面操作系统，对初始獾洞三维空间分布图进行修正，得到最终獾洞三维空间分布图。

[0031] 一种堤坝獾洞探测系统，包括探测小车、线缆及地面操作系统；所述探测小车通过线缆与地面操作系统连接；所述探测小车包括集成模块和运动模块，集成模块的外部为水平设置的圆柱体形状壳体的车身，所述运动模块包括车架和车轮组件，所述集成模块设置在车架上，车轮组件驱动车架前进或后退。

[0032] 一种基于上述的堤坝獾洞探测系统的獾洞探测方法，包括以下步骤：步骤S1、将探测小车、线缆、地面操作系统连接调试完毕，把探测小车放在洞口获取洞口位置处GNSS天线坐标；GNSS天线即时采集探测小车的位置数据，所述三轴陀螺仪即时采集小车的姿态数据，所述三轴加速度计即时采集探测小车的加速度数据，所述测深仪即时采集探测小车的深度数据。

[0033] 步骤S2、释放线缆，地面操作系统操控探测小车进入獾洞内部，根据前摄像头传输的图像观察洞内情况并操控探测小车继续前进；地面操作系统包括笔记本电脑和操控手柄，笔记本电脑接收探测小车采集的各项数据并进行处理成图，操作人员根据探测小车上摄像头实时传输的洞内情况，通过操控手柄对探测小车进行运动操控。

[0034] 步骤S3、探测小车行径过程中三轴陀螺仪、三轴加速度计、测深仪不断采集数据传输至地面操作系统，地面操作系统实时绘制初始獾洞三维空间分布图；三维激光扫描数据传输至地面操作系统，建立獾洞内部三维模型。

[0035] 探测小车自身的载体坐标系（X'，Y'，Z'）原点与载体质心重合，X'轴沿探测小车横轴向右，Y'轴沿探测小车纵轴向前，Z'轴沿探测小车竖轴向上；探测小车内部的三轴加速度计以1Hz的频率采集三轴角速度数据 、和三轴加速度数据 ，探测小车自身的载体坐标系通过方向余弦矩阵变换至与大地坐标系（X，Y，Z）重合，方向余弦矩阵 如下式所示：
，
探测小车的三轴加速度值转换至大地坐标系中即为：
，
即为探测小车运动时在大地坐标系中X、Y、Z三轴上的加速度。

[0036] 采用洞口位置处GNSS天线获取的坐标作为初始坐标值，初始坐标为，利用三轴陀螺仪和三轴加速度计获取的三轴角速度以及三轴加速度数据计算探测小车的粗略位置坐标，粗略位置坐标 由初始坐标 与相对于初始坐标的粗略位移变化量 之和得到，粗略位置坐标 用下式计算，即为：
，
式中， 表示t时刻探测小车的粗略坐标， 表示t时刻探测小车的粗略X坐标，表示t时刻探测小车的粗略Y坐标， 表示t时刻探测小车的粗略Z坐标， 表示探测小车初始的X轴位置， 表示探测小车初始的Y轴位置， 表示探测小车初始的Z轴位置；
通过每个时刻探测小车的粗略坐标绘制初始獾洞三维空间分布图。

[0037] 步骤S4、探测小车行径至獾洞尽头时，记录线缆在洞口处长度数据，将数据输入至系统中对初始獾洞三维空间分布图进行修正。

[0038] 由于角速度和加速度数据误差会随着时间累积增加，故采用小车行径结束时的线缆长度数据对探测小车的坐标进行修正，令 ，当探测小车行径至獾洞尽头时，根据陀螺仪和加速度计数据解算出的行径长度 为：
，实际行径长度由线缆长度数据得到为W，将解算出的行
径长度 与实际行径长度W进行求差， ， 即为探测小车实际行径长度对
陀螺仪和加速度计解算出的行径长度的修正值，按照下式分配到每一时刻的探测小车坐标值：
，
其中， 为t时刻探测小车X坐标修正值， 为t时刻探测小车Y坐标修正值，
为t时刻探测小车Z坐标修正值；
修正后t时刻探测小车坐标值即为： ，
根据修正后坐标值绘制修正后獾洞三维空间分布图；
同时，探测小车在行径过程中，三维激光扫描数据不断传输至地面操作系统，通过三维数据处理软件Geomagic生成獾洞内部粗三维模型，待探测小车坐标修正后，利用修正后的坐标值对三维激光扫描的站心数据进行更新，再生成修正后獾洞内部三维模型。

[0039] 步骤S5、探测完毕后，根据后摄像头传输的图像操控探测小车后退，并在洞口处将线缆往外拉，防止线缆缠绕探测小车的运动模块；探测小车出洞后回收探测小车和线缆。

[0040] 本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

[0041] 本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

[0042] 本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其他部件的间接连接。

[0043] 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。